專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電增速箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種風(fēng)力發(fā)電增速箱技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，涉及到齒輪箱制造技術(shù)，特別適用于風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備。
背景技術(shù)：
[0002]隨著能源短缺和生態(tài)環(huán)境的日益惡化，人們普遍認(rèn)識到了新能源發(fā)電技術(shù)的重 要性。風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，各國紛紛出臺政策和稅收優(yōu)惠，鼓勵(lì)風(fēng)電產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展。為了改善風(fēng)電機(jī)組的性能、提高單機(jī)容量，世界各國對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行了大量的 研究工作。目前，世界上先進(jìn)的風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)主要集中在少數(shù)幾個(gè)國家，如丹麥、 德國、西班牙和美國等。[0003]近10年來，全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量以近30%的年增長率飛速發(fā)展，我國風(fēng)電裝 機(jī)容量增長率是世界第一。兆瓦級以上的風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)成為主流機(jī)型，如美國的主流機(jī) 型1.5MW，丹麥的主流機(jī)型 3.0)MW。根據(jù)國家發(fā)改委規(guī)劃，我國風(fēng)電新增裝機(jī) 也以1.5MW、2MW機(jī)型為主，IMW以下機(jī)型所占比重將逐漸降低。機(jī)型功率越大，經(jīng) 濟(jì)效益、風(fēng)能利用率越高。[0004]風(fēng)電裝備向大機(jī)型方向發(fā)展，需要研究新型的增速傳動機(jī)理，需要在設(shè)計(jì)上發(fā) 展新的設(shè)計(jì)理念。德國已開發(fā)5兆瓦機(jī)型的增速箱。據(jù)資料，歐洲已在進(jìn)行8MW機(jī)型 的概念設(shè)計(jì)，甚至已提出在2020年前開發(fā)20MW機(jī)型的概念。增速箱安裝在頭部，體積 大小均受到極大的限制。1.5兆瓦齒輪箱重達(dá)5-6噸，機(jī)型塔高約70米。8兆瓦機(jī)型塔高 可能就會達(dá)到150-200米，過大過重的增速箱肯定是不合適的。大機(jī)型的發(fā)展趨勢，要 求我們改進(jìn)目前機(jī)型(如1.5兆瓦)的增速箱傳動原理，研究適應(yīng)大機(jī)型的增速箱傳動。[0005]齒輪箱是近年來國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障率最高的部件之一。齒輪箱故障是 世界性的問題，但我國風(fēng)電齒輪箱的故障率更高。有的風(fēng)場齒輪箱損壞率高達(dá)40% 50%,個(gè)別品牌機(jī)組齒輪箱更換率接近100%。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)使用壽命至少20年， 但風(fēng)場齒輪箱在2-3年內(nèi)就要出故障。海上風(fēng)能資源豐富，海上風(fēng)電場正成為一個(gè)迅速 發(fā)展的市場。復(fù)雜的海上自然條件使得風(fēng)電機(jī)組的故障率更是居高不下，如世界最大的 海上風(fēng)電場丹麥Vestas風(fēng)電場，海上風(fēng)電機(jī)組故障率超過70%。[0006]根據(jù)近年的研究，發(fā)現(xiàn)齒輪箱故障主要有1)齒輪早期點(diǎn)蝕，在頻繁受到風(fēng)載 變化沖擊的情況下，齒輪的微動磨損超過一般設(shè)計(jì)的預(yù)期，從而造成齒輪早期點(diǎn)蝕；2) 軸承早期損壞。軸承損壞的主要原因是系統(tǒng)的受力變形導(dǎo)致軸承內(nèi)外圈不再平行，滾子 局部接觸應(yīng)力過大。齒輪箱的高故障率，已嚴(yán)重影響到風(fēng)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。[0007]齒輪箱的故障率高，與風(fēng)電齒輪箱工作環(huán)境惡劣，載荷情況非常復(fù)雜密切相 關(guān)。沖擊載荷是導(dǎo)致齒輪早期點(diǎn)蝕、軸承早期損壞等故障的最重要的根源。沖擊載荷主 要來源于1)風(fēng)速的實(shí)時(shí)變化；2)在運(yùn)行過程中，需要經(jīng)常的進(jìn)行剎車，以保證風(fēng)速不 大于額定風(fēng)速；幻電網(wǎng)突然掉電時(shí)的緊急制動。瞬時(shí)的沖擊載荷將可能大大超過額定載 荷。1.5兆瓦主力機(jī)型風(fēng)力機(jī)單個(gè)葉片長34 37m，每片重達(dá)6t。2.5/3.0兆瓦單個(gè)葉片長度達(dá)到50m。3個(gè)的葉片對增速箱產(chǎn)生的沖擊載荷是十分巨大的。減少沖擊載荷對 增速箱的影響，就可以降低增速箱的故障率。發(fā)明內(nèi)容[0008]本實(shí)用新型旨在有效的降低沖擊載荷對風(fēng)電增速箱的影響，降低風(fēng)電增速箱齒 輪、軸承所受沖擊載荷，從而降低風(fēng)電增速箱的故障率，提高其工作壽命和可靠性。通 過載荷輸入分流，提高增速箱齒輪、軸承等的承載能力，減少齒輪箱的體積，特別適合 兆瓦級的新一代風(fēng)電增速箱傳動的一種風(fēng)力發(fā)電增速箱。[0009]葉片直徑70-100米，單個(gè)葉片可以重達(dá)6t。由于風(fēng)載的隨機(jī)性或陣風(fēng)，葉片所 受的載荷是變化的。通常需要改變?nèi)~片角度，使轉(zhuǎn)速限定在允許的范圍內(nèi)。當(dāng)風(fēng)速大于 額定風(fēng)速時(shí)，或在電網(wǎng)突然掉電時(shí)，均需緊急制動。上述因素將導(dǎo)致葉片產(chǎn)生巨大的沖 擊載荷，施加到增速箱上。沖擊載荷是導(dǎo)致增速箱故障的主要根源。減少沖擊載荷對增 速箱的影響，就可以降低增速箱的故障率。[0010]目前兆瓦級增速箱一般采用一級行星加二級平行軸，其葉片的扭矩傳給第一級 齒輪，再傳給第二級，再傳給第三級。第一級齒輪速度最低，扭矩最大。第一級行星齒 輪必須完全承受來自葉片的巨大扭矩。[0011]本實(shí)用新型提出基于載荷分流的理念，來設(shè)計(jì)兆瓦級風(fēng)電發(fā)動機(jī)增速箱傳動。 其關(guān)鍵技術(shù)是葉片的扭矩同時(shí)傳給第一級齒輪和第二級齒輪，由第一級齒輪和第二級齒 輪同時(shí)承受來自葉片的巨大扭矩，必然可以提高承載能力，使結(jié)構(gòu)變得更緊湊。在增速 箱傳動設(shè)計(jì)中尚無實(shí)踐。[0012]本實(shí)用新型提出一種兆瓦級風(fēng)電增速箱。采用二級行星傳動，一級平行軸的方 案，可以實(shí)現(xiàn)第一級齒輪和第二級齒輪同時(shí)承擔(dān)葉片的扭矩，可以實(shí)現(xiàn)載荷分流。本實(shí) 用新型可以提高承載能力，使結(jié)構(gòu)變得緊湊，使其適合超大機(jī)型風(fēng)電發(fā)動機(jī)的增速箱傳 動。在合理選擇參數(shù)后，增速范圍可在風(fēng)電增速箱要求的范圍，第二級行星傳動可以承 受總載荷的30%。[0013]本實(shí)用新型提出注入彈性阻尼形成附加自由度，減少載荷沖擊的影響。彈性阻 尼注入形成附加自由度的結(jié)構(gòu)方案可以有多種，可以施加在軸上、殼體上，或單獨(dú)的部 件。


[0014]圖1是本實(shí)用新型風(fēng)電增速箱結(jié)構(gòu)示意圖；[0015]圖2是本實(shí)用新型風(fēng)電增速箱原理示意圖；[0016]圖3是注入彈性與阻尼結(jié)構(gòu)圖；[0017]圖4是彈性與阻尼單元示意圖。[0018]如圖所示，其中1為中心軸，2、8、16為軸承，3為外殼，4、12、15、17為齒 輪，5、11為行星齒輪，6、10為內(nèi)齒圈，7、9為行星齒輪架，13、14、18為齒輪軸，19 為彈性元件，20為阻尼元件。
具體實(shí)施方式
[0019]實(shí)施例[0020]下面結(jié)合圖對本實(shí)用新型專利的安裝和使用做進(jìn)一步說明。[0021]本實(shí)用新型的一種風(fēng)力發(fā)電增速箱，包括齒輪、行星齒輪、內(nèi)齒圈、軸承和齒 輪軸，增速箱采用二級行星傳動和一級平行軸，齒輪4、行星齒輪5、內(nèi)齒圈6、軸承2和 齒輪軸18組成第一級行星齒輪傳動，齒輪17、行星齒輪11和內(nèi)齒圈10組成第二級行星 齒輪傳動，齒輪12、齒輪15、軸承16和齒輪軸13，14為平行軸齒輪傳動，中心軸1、行 星齒輪架7與內(nèi)齒圈10相聯(lián)為一體，齒輪4與行星齒輪架9相聯(lián)為一體。。增速箱元件 之間有彈性元件19和阻尼元件20，彈性元件為彈簧、圓形彈性或彈性機(jī)構(gòu)。[0022]第一級齒輪和第二級齒輪同時(shí)承擔(dān)葉片的扭矩，可以實(shí)現(xiàn)載荷分流。本實(shí)用新 型可以提高承載能力，使結(jié)構(gòu)變得緊湊，使其適合超大機(jī)型風(fēng)電發(fā)動機(jī)的增速箱傳動。 在合理選擇參數(shù)后，增速范圍可在風(fēng)電增速箱要求的范圍，第二級行星傳動可以承受總 載荷的30%。本實(shí)用新型提出注入彈性阻尼形成附加自由度，減少載荷沖擊的影響。彈 性阻尼注入形成附加自由度的結(jié)構(gòu)方案可以有多種，可以施加在軸上、殼體上，或單獨(dú) 的部件，可以是一處或是多處。
權(quán)利要求1.一種風(fēng)力發(fā)電增速箱，包括齒輪、行星齒輪、內(nèi)齒圈、軸承和齒輪軸，其特征在 于增速箱采用二級行星傳動和一級平行軸，齒輪G)、行星齒輪(5)、內(nèi)齒圈(6)、軸承 (2)和齒輪軸(18)組成第一級行星齒輪傳動，齒輪(17)、行星齒輪(11)和內(nèi)齒圈(10)組 成第二級行星齒輪傳動，齒輪(12)、齒輪(15)、軸承(16)和齒輪軸(13)，齒輪軸(14) 為平行軸齒輪傳動，中心軸(1)、行星齒輪架(7)與內(nèi)齒圈(10)相聯(lián)為一體，齒輪(4)與 行星齒輪架(9)相聯(lián)為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電增速箱，其特征在于增速箱元件之間設(shè)有彈性 元件(19)和阻尼元件(20)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種風(fēng)力發(fā)電增速箱。該風(fēng)力發(fā)電增速箱采用二級行星傳動和一級平行軸，齒輪4、行星齒輪5和內(nèi)齒圈6組成第一級行星齒輪傳動，齒輪17、行星齒輪11和內(nèi)齒圈10組成第二級行星齒輪傳動，齒輪12和齒輪15為平行軸齒輪傳動，中心軸1、行星齒輪架7與內(nèi)齒圈10相聯(lián)為一體，齒輪4與行星齒輪架9相聯(lián)為一體?？墒沟谝患夶X輪和第二級齒輪同時(shí)承擔(dān)葉片的扭矩，實(shí)現(xiàn)載荷分流。增速箱元件之間設(shè)有彈性元件和阻尼元件，注入彈性阻尼形成附加自由度，進(jìn)一步減少載荷沖擊的影響。本實(shí)用新型可以減少沖擊振動，降低故障率，提高壽命，特別適用于風(fēng)力發(fā)電增速箱。
文檔編號F03D11/00GK201810723SQ20102024069
公開日2011年4月27日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者王勇 申請人:山東大學(xué)